美國(guó)科羅拉多州施里弗空軍基地，隸屬美國(guó)空軍第50航天聯(lián)隊(duì)的第2航天作戰(zhàn)中隊(duì)操縱維護(hù)著目前世界上最大的軍用衛(wèi)星星座——全球?qū)Ш较到y(tǒng)（GPS）星座。

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，不僅僅提供位置信息，還為很多系統(tǒng)提供精確授時(shí)，無(wú)論是軍事行動(dòng)，還是社會(huì)生產(chǎn)行動(dòng)，越來(lái)越離不開(kāi)它。它的錯(cuò)誤信號(hào)，可能導(dǎo)致某一地區(qū)的金融交易失敗、手機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)癱瘓、民航客機(jī)偏離航線，或者是衛(wèi)星制導(dǎo)彈藥被投到友軍的頭上。

隨著美國(guó)組建“天軍”被提上議事日程，GPS系統(tǒng)未來(lái)可能將劃歸美國(guó)的“天軍”所屬。這引發(fā)了外界的擔(dān)心，即以爭(zhēng)奪制天權(quán)為主要目標(biāo)的“天軍”會(huì)不會(huì)操縱GPS系統(tǒng)，展開(kāi)廣泛的導(dǎo)航戰(zhàn)和授時(shí)戰(zhàn)？

為導(dǎo)航而生的GPS

第一顆人造衛(wèi)星升空后不久，美俄就開(kāi)始致力于導(dǎo)航衛(wèi)星的研制，相繼發(fā)展了各自的系統(tǒng)，例如美國(guó)的“子午儀”衛(wèi)星系統(tǒng)。但是這些系統(tǒng)都有其局限性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)的三維定位導(dǎo)航。真正讓衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)大放異彩的，則是GPS系統(tǒng)。

在1973年的勞動(dòng)節(jié)期間，五角大樓約20名軍官的一次會(huì)議，最終決定了新一代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的命運(yùn)。這次會(huì)議討論了如何創(chuàng)建“國(guó)防導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)”（DNSS）的問(wèn)題。當(dāng)年晚些時(shí)候，DNSS計(jì)劃被命名為Navstar（導(dǎo)航星）——利用計(jì)時(shí)和測(cè)距的導(dǎo)航系統(tǒng)的英文縮寫(xiě)。這也大致闡述了這一導(dǎo)航系統(tǒng)的基本原理： 通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)從發(fā)出到抵達(dá)用戶(hù)的時(shí)間差，算出用戶(hù)與已知空間位置的衛(wèi)星的距離，再通過(guò)一組方程組算出用戶(hù)的位置。由于個(gè)別衛(wèi)星與名稱(chēng)Navstar相似，后來(lái)一個(gè)更全面的名稱(chēng)被用來(lái)識(shí)別這一星座——導(dǎo)航星-全球定位系統(tǒng)（Navstar- GPS）。

美國(guó)早期研制的“子午儀”導(dǎo)航衛(wèi)星。

實(shí)際上，技術(shù)上的探索在一年前就有了成果。1972年，美國(guó)空軍中央慣性制導(dǎo)試驗(yàn)基地（霍洛曼空軍基地）利用地基偽衛(wèi)星技術(shù)，在白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)進(jìn)行了4個(gè)GPS原型接收機(jī)的飛行試驗(yàn)。隨著技術(shù)的不斷突破，短短5年之后，第一個(gè)試驗(yàn)型Block I 全球定位系統(tǒng)衛(wèi)星于1978年發(fā)射。1983年，在蘇聯(lián)截?fù)魴C(jī)擊落因迷航而誤入飛行禁區(qū)的韓國(guó)007航班后，美國(guó)總統(tǒng)羅納德·里根宣布，GPS系統(tǒng)完成部署后將供民用。1978年至1985年期間，美國(guó)發(fā)射了10枚Block I原型衛(wèi)星，來(lái)驗(yàn)證這個(gè)概念。1988年開(kāi)始，這些衛(wèi)星的控制交由科羅拉多州科羅拉多斯普林斯的費(fèi)爾康空軍基地的第二衛(wèi)星控制中隊(duì)負(fù)責(zé)。

1989年2月14日，第一顆實(shí)用型的Block II衛(wèi)星發(fā)射升空。1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，軍方首次廣泛使用全球定位系統(tǒng)。當(dāng)年，微型GPS接收器完成研制，1.25公斤手持式接收器取代了以前的16公斤軍用接收器。1992年，原管理該系統(tǒng)的第二航天聯(lián)隊(duì)停止職能，被第50航天聯(lián)隊(duì)取而代之。

到1993年12月，全球定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了初始作戰(zhàn)能力（IOC），這意味著有完整的星座（24顆衛(wèi)星）可供使用，并提供標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）。此時(shí)GPS計(jì)劃的成本（包括衛(wèi)星發(fā)射的成本，但不算用戶(hù)設(shè)備的成本）估計(jì)約為50億美元（當(dāng)年幣值）。1995年4月，美國(guó)空軍航天司令部宣布GPS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面作戰(zhàn)能力（FOC），標(biāo)志著軍方的“精確定位服務(wù)”（PPS）全面投入使用。

根據(jù)最初的設(shè)計(jì)，GPS星座共有24顆衛(wèi)星，后來(lái)增加了一些備份衛(wèi)星。

最初，最高質(zhì)量的信號(hào)僅用于軍事用途，根據(jù)“選擇可用性”政策（SA）民用的信號(hào)任務(wù)增大誤差，降低了精度。 2000年5月1日，美國(guó)總統(tǒng)克林頓簽署了一項(xiàng)政策，取消“選擇可用性”政策，以便為民用接收機(jī)提供與軍方同樣的準(zhǔn)確性。因?yàn)楫?dāng)時(shí)差分GPS服務(wù)的普及增加了民用精確度，也消除了美國(guó)的軍事優(yōu)勢(shì)。此外，美國(guó)軍方當(dāng)時(shí)正在積極開(kāi)發(fā)技術(shù)，以便拒絕向潛在對(duì)手區(qū)域提供GPS服務(wù)。

2004年11月，高通宣布成功測(cè)試用于手機(jī)的GPS芯片。2005年，第一顆升級(jí)后的GPS衛(wèi)星發(fā)射并開(kāi)始傳輸?shù)诙€(gè)民用信號(hào)（L2C），以提高用戶(hù)的性能。上述舉措為GPS在民間的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1991年的海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，軍方首次廣泛使用全球定位系統(tǒng)。

不斷擴(kuò)展的星座

自部署以來(lái)，美國(guó)已對(duì)GPS服務(wù)實(shí)施了多次升級(jí)改進(jìn)，包括增加民用新信號(hào)，并提高了準(zhǔn)確性，同時(shí)保持與現(xiàn)有GPS設(shè)備的兼容性。截至2015年初，盡管諸如接收機(jī)質(zhì)量和大氣問(wèn)題等許多因素都會(huì)影響精度，但提供高質(zhì)量的航空級(jí)標(biāo)準(zhǔn)定位服務(wù)（SPS）的GPS接收機(jī)的水平精度已經(jīng)優(yōu)于3.5米，在部分區(qū)域甚至可以達(dá)到1米以?xún)?nèi)的精度。

這主要源于GPS系統(tǒng)的空間部分。GPS空間部分由向用戶(hù)傳輸無(wú)線電信號(hào)的一組衛(wèi)星組成。根據(jù)最初的設(shè)計(jì)，GPS星座共有24顆衛(wèi)星，分布在距離地面20200公里的中軌道（MEO）6個(gè)軌道平面上，每個(gè)平面分布4個(gè)衛(wèi)星。每顆衛(wèi)星每天繞地球兩次，這個(gè)24個(gè)位置的布置可以確保用戶(hù)幾乎可以從地球上任何一點(diǎn)觀看至少4顆衛(wèi)星。這是一部GPS定位終端能夠有效計(jì)算出自身位置的最少衛(wèi)星數(shù)量，因?yàn)樾枰馑阋粋€(gè)包含終端時(shí)鐘誤差、自身位置三維空間坐標(biāo)總共4個(gè)未知數(shù)的方程組。

美國(guó)方面的承諾是，GPS系統(tǒng)在95％的時(shí)間內(nèi)保持至少24顆在軌衛(wèi)星可供使用。為確保這一承諾，空軍在過(guò)去幾年中一直確保超出24顆衛(wèi)星（通常31顆）在軌正常運(yùn)行，以便在基準(zhǔn)衛(wèi)星服務(wù)中段或退役時(shí)維持覆蓋范圍，并改善精度。

正在批量制造的GPS衛(wèi)星。

2011年6月，美國(guó)空軍成功完成了被稱(chēng)為“可擴(kuò)展24”配置的GPS星座擴(kuò)展。當(dāng)時(shí)執(zhí)行這一操作的就是第50航天聯(lián)隊(duì)第二航天行動(dòng)中隊(duì)。這次擴(kuò)展中，6顆衛(wèi)星被重新定位，以便讓3顆衛(wèi)星稱(chēng)為基本星座的一部分。因此，GPS現(xiàn)在可以看成一個(gè)27星星座，使得在世界大部分地區(qū)的覆蓋范圍得到改善，頁(yè)便于在更復(fù)雜的地形條件下接收衛(wèi)星信號(hào)。這被認(rèn)為是GPS系統(tǒng)42年的歷史中最佳幾何結(jié)構(gòu)。而歐洲正在建設(shè)的“伽利略”系統(tǒng)以及中國(guó)“北斗三”號(hào)的無(wú)源星座，同樣是27顆衛(wèi)星。

截至2018年5月12日，如果不包括退役的仍然在軌備用衛(wèi)星，GPS星座共有31顆衛(wèi)星在軌，包括1顆Block IIA、11顆Block IIR、7顆Block IIR-M衛(wèi)星和12顆Block IIF。額外的衛(wèi)星可以提高GPS性能，使得在地球大部分區(qū)域，可以同時(shí)收到8顆GPS衛(wèi)星的信號(hào)，但超出的衛(wèi)星并不屬于核心星座。

按照計(jì)劃，美國(guó)空軍今年將發(fā)射新一代的GPS Block III衛(wèi)星，其壽命提高到15年，相比之下，Block IIF的壽命為12年，而之前的Block IIA、Block IIR、Block IIR-M衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命只有7.5年，當(dāng)然它們不少都超出了設(shè)計(jì)壽命。此外，GPS Block III衛(wèi)星精度比之前的型號(hào)提高了3倍，而抗干擾能力提高了8倍。GPS Block III衛(wèi)星將首次廣播新型民用信號(hào)L1C。L1C信號(hào)將使得GPS與國(guó)際全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GNSS，例如歐洲的“伽利略”系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)互操作。根據(jù)最初的設(shè)想，GPS III衛(wèi)星還將安裝核爆探測(cè)裝置，但是目前的衛(wèi)星尚未安裝。洛克希德·馬丁公司將在其位于科羅拉多州丹佛附近的衛(wèi)星工廠生產(chǎn)10顆GPS Block III衛(wèi)星。

新一代的GPS Block III衛(wèi)星在微波暗室接受測(cè)試。

發(fā)動(dòng)導(dǎo)航授時(shí)戰(zhàn)？

如今，GPS系統(tǒng)不僅僅是一套導(dǎo)航、定位、授時(shí)系統(tǒng)，還是一套制導(dǎo)系統(tǒng)。美軍幾乎所有的制導(dǎo)武器，都依靠GPS提供制導(dǎo)信息。而其“杰達(dá)姆”衛(wèi)星制導(dǎo)炸彈也成為最廉價(jià)、應(yīng)用量最多的制導(dǎo)武器。可以說(shuō)，誰(shuí)奪取了導(dǎo)航授時(shí)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)就占領(lǐng)了戰(zhàn)場(chǎng)制高點(diǎn)。

而美軍早就意識(shí)到了導(dǎo)航、授時(shí)的重要地位。1997年，美軍在英國(guó)召開(kāi)的GPS應(yīng)用研討會(huì)上正式提出了“導(dǎo)航戰(zhàn)”的概念：在復(fù)雜電子環(huán)境中，確保己方和友方能夠有效利用衛(wèi)星導(dǎo)航信息，阻止敵方使用衛(wèi)星導(dǎo)航信息，同時(shí)不影響戰(zhàn)區(qū)外和平利用衛(wèi)星導(dǎo)航信息。而授時(shí)的用途，甚至要比導(dǎo)航定位更為廣泛。首先，所有的GPS定位都是以授時(shí)為前提的，定位的過(guò)程實(shí)際上是授時(shí)的過(guò)程。此外，各種軍事行動(dòng)以及民間的電力、通信、交通、測(cè)繪等都離不開(kāi)授時(shí)。因此，最近美國(guó)還提出了與導(dǎo)航戰(zhàn)對(duì)應(yīng)授時(shí)戰(zhàn)的概念。美國(guó)在發(fā)展GPS Block III時(shí)，就提出該系統(tǒng)將提供新的導(dǎo)航戰(zhàn)功能，在向美國(guó)和盟軍提供GPS的同時(shí)，將關(guān)閉有限的地理位置的GPS服務(wù)。

美國(guó)洛·馬公司關(guān)于GPS衛(wèi)星性能特色的介紹，包括Block IIR、Block IIR-M和Block III三種衛(wèi)星。

這也引發(fā)人們對(duì)美國(guó)操縱GPS系統(tǒng)的擔(dān)憂。實(shí)際上，這種擔(dān)憂由來(lái)已久。之前國(guó)內(nèi)關(guān)于美國(guó)關(guān)閉 “銀河”號(hào)貨輪的GPS系統(tǒng)，切斷中國(guó)東南沿海的GPS信號(hào)的傳言流傳甚廣。從當(dāng)時(shí)的技術(shù)來(lái)看，切斷、關(guān)閉某一個(gè)平臺(tái)或區(qū)域的GPS系統(tǒng)，而不影響到相鄰區(qū)域的平臺(tái)很難做到，更大的可能是進(jìn)行了干擾。今年的在美國(guó)空襲敘利亞期間，敘利亞首都大馬士革附近的GPS信號(hào)出現(xiàn)異常，開(kāi)始有分析認(rèn)為是美國(guó)關(guān)閉了GPS信號(hào)，但后來(lái)發(fā)現(xiàn)頻率相近的中國(guó)“北斗”定位系統(tǒng)也難以捕捉信號(hào)，這就進(jìn)一步確認(rèn)并非美國(guó)“關(guān)閉GPS信號(hào)”，而是因?yàn)槎砹_斯實(shí)施了GPS干擾，以保護(hù)自身目標(biāo)免遭美國(guó)的GPS制導(dǎo)武器的打擊。

現(xiàn)在來(lái)看，首先開(kāi)始導(dǎo)航戰(zhàn)的可能并不是美國(guó)人。伊朗2011年依靠GPS欺騙和干擾迫降了美國(guó)的RQ-170隱身無(wú)人機(jī)。盡管在當(dāng)時(shí)這引發(fā)了廣泛的質(zhì)疑，但是如今用GPS干擾和欺騙對(duì)付無(wú)人機(jī)已經(jīng)成為一種主流方式。一個(gè)羽毛球拍或者步槍大小的裝置，就能驅(qū)離或者迫降民用無(wú)人機(jī)。

隨著GPS III系統(tǒng)的民用信號(hào)和軍用信號(hào)的分開(kāi)，美國(guó)操縱GPS系統(tǒng)在未來(lái)將逐漸變得在技術(shù)上越來(lái)越可行。正因?yàn)槿绱耍?、俄、歐洲都在競(jìng)相發(fā)展獨(dú)立的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。結(jié)果是人們暫時(shí)還不用擔(dān)心那一天自己的手機(jī)找不到衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，這并不是美國(guó)人的“信用好”，而是競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果。伴隨中國(guó)“北斗”、俄羅斯“格洛納斯”、歐洲“伽利略”系統(tǒng)的崛起，GPS的民用信號(hào)已經(jīng)失去壟斷地位，激烈的競(jìng)爭(zhēng)促使美國(guó)不得不在對(duì)GPS信號(hào)動(dòng)手腳之前，三思而后行。